Nghiên cứu pha chế chất chuẩn phục vụ kiểm định, hiệu chuẩn các thiết bị quan trắc môi trường nước tại hiện trường

Đồng thời cho phép tham gia và sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của đề tài khoa học và công nghệ cấp cơ sở “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xây dựng, pha chế mẫu chuẩn dung dịc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Dương Thành Nam

2 PGS.TS Tạ Thị Thảo

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN

Bản luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại Phòng Kiểm chuẩn thiết

bị – Trung tâm Quan trắc môi trường – Tổng cục Môi trường, Phòng thí nghiệm Hóa phân tích, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS Dương Thành Nam đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này Đồng thời cho phép tham gia và sử dụng một phần kết quả nghiên cứu của đề tài khoa học

và công nghệ cấp cơ sở “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xây dựng, pha chế mẫu chuẩn (dung dịch chuẩn) phục vụ kiểm định, hiệu chuẩn phương tiện đo nước” doTS Dương Thành Nam chủ nhiệm đề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Tạ Thị Thảo – Khoa Hóa học – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã chỉ dẫn cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các anh chị và các bạn trong

Bộ môn Hóa phân tích, Phòng Kiểm chuẩn thiết bị đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2016

Học viên

Dương Đức Anh

ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Materials

Hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ

EC Conductivity of electrolytes Độ dẫn điện

GUM Guide to the Expression of

Uncertainty in Measurement

Hướng dẫn trình bày độ không đảm bảo đo

ISO International Organization for

NBS National Bureau of Standard Cục tiêu chuẩn quốc gia

Technology, USA

Viện Tiêu chuẩn và Kĩ thuật Quốc Gia, Hoa Kỳ

NTU Nephelometric Turbidity Units Đơn vị đo độ đục khuếch tán

Legal Metrology

Tổ chức đo lương pháp định quốc tế

PP Polypropylen Polypropen

SI The International System of Units Đơn vị cơ bản

SRM Standard reference materials Mẫu chuẩn đối chứng

TDS Total dissolved solids Tổng chất rắn hòa tan

uncertainty

Độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp

Chuẩn đo lường chính: Chuẩn đo lường được thiết lập bằng cách sử dụng thủ tục đo quy chiếu đầu, hoặc được tạo thành như là một vật mẫu, được chọn lựa theo quy ước

Chuẩn đo lường: là phương tiện kỹ thuật để thể hiện, duy trì đơn vị đo của đại lượng đo và được dùng làm chuẩn để so sánh với phương tiện đo hoặc chuẩn đo lường khác

Chuẩn thứ cấp: Chuẩn đo lường được thiết lập thông qua việc hiệu chuẩn so với chuẩn đầu của đại lượng cùng loại

Chuỗi liên kết chuẩn đo lường: Dãy các chuẩn đo lường và các phép hiệu chuẩn được dùng để liên hệ kết qủa đo tới mốc quy chiếu

Độ không đảm bảo (của phép đo): Tham số gắn với kết quả của phép đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị có thể quy cho đại lượng đo một cách hợp lý

Độ không đảm bảo chuẩn loại A: Nhận được từ hàm mật độ xác suất bắt nguồn

từ một phân bố tần suất quan sát được

Độ không đảm bảo chuẩn loại B: Nhận được từ một hàm mật độ xác suất giả định dựa trên độ tin cậy mà một sự biến sẽ xảy ra, thường được gọi là xác suất chủ quan

Độ không đảm bảo chuẩn: Độ không đảm bảo của kết quả của một phép đo được diễn đạt như một độ lệch chuẩn

Độ không đảm bảo mở rộng: Đại lượng xác định một khoảng bao quanh kết quả của một phép đo mà có thể cho rằng nó chứa đựng phần lớn sự phân bố của các giá trị có thể qui cho đại lượng đo một cách hợp lý

Độ không đảm bảo tổng hợp: Độ không đảm bảo chuẩn của kết quả của một phép đo khi kết quả đó nhận được từ các giá trị của một số các đại lượng khác nhau, bằng dương căn bậc hai của tổng các số hạng, các số hạng là các phương sai hoặc là hiệp phương sai của các đại lượng khác này có trọng số tùy theo kết quả đo biến đổi như thế nào so với sự thay đổi của các đại lượng

Độ ổn định dài hạn: Độ ổn định về một tính chất của mẫu chuẩn ở những điều kiện bảo quản quy định của nhà sản xuất mẫu chuẩn được chứng nhận (CRM)

Độ ổn định ngắn hạn: Độ ổn định về một tính chất của mẫu chuẩn trong suốt quá trình vận chuyển ở những điều kiện vận chuyển quy định

Hệ số phủ: Thừa số bằng số được sử dụng như là bội của độ không đảm bảo (KĐB) chuẩn tổng hợp để nhận được một độ KĐB mở rộng

Hiệu chính: Việc bù cho một ảnh hưởng hệ thống đã ước lượng

Hiệu chuẩn: Hoạt động, được thiết lập dưới điều kiện quy định, bước thứ nhất

là mối quan hệ giữa các giá trị đại lượng có độ không đảm bảo đo do chuẩn đo lường cùng cấp và các số chỉ tương ứng với độ không đảm bảo đo kèm theo và bước thứ hai là sử dụng thông tin này thiết lập mối quan hệ để nhận được kết quả đo

từ số chỉ

Kiểm định: Hoạt động đánh giá, xác nhận đặc tính kỹ thuật đo lường của PTĐ theo yêu cầu kỹ thuật đo lường Việc cung cấp bằng chứng khách quan rằng đối tượng đã cho đáp ứng các yêu cầu quy định

Liên kết chuẩn đo lường: Tính chất của kết qủa đo nhờ đó kết quả có thể liên

hệ tới mốc quy chiếu thông qua một chuỗi không đứt đoạn các phép hiệu chuẩn được lập thành tài liệu, mỗi phép hiệu chuẩn đóng góp vào độ không đảm bảo đo Quy trình đo lường đầu: Là một phương pháp có tính chất đo lường cao nhất,

mà hoạt động có thể được mô tả đầy đủ và hiểu rõ, các công bố về độ không đảm bảo có thể được viết về đơn vị cơ bản (SI)

Thời gian sử dụng (của một mẫu chuẩn): Khoảng thời gian mẫu chuẩn có thể

sử dụng được

vi Thời hạn sử dụng (của một RM/CRM): Khoảng thời gian nhà sản xuất đảm bảo độ ổn định của CRM

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Giá trị độ dẫn điện (Ci) của dung dịch chuẩn vàsai số tuyệt đối (EA) phép

đo 23

Bảng 3.2 Kết quả đánh giá độ lặp lại của phương pháp đo độ dẫn điện 23

Bảng 3.3 Đánh giá ảnh hưởng của độ tinh khiết hóa chất đến giá trị độ dẫn điện 23

Bảng 3.4 Sự phụ thuộc của độ dẫn điện vào khối lượng muối 23

Bảng 3.5 Kết quả thử nghiệm và chứng nhận EC-1413 23

Bảng 3.6 Giá trị độ dẫn điện của dung dịch RM-EC chuẩn bị theo quy trình 23

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của to đến giá trị EC 23

Bảng 3.8 Kết quả đánh giá độ đồng nhất giá trị ấn định của dung dịch RM - EC chuẩn bị theo quy trình: (a) EC 147S/cm; (b) EC 1000S/cm; (c) EC 10,00 mS/cm 23

Bảng 3.9 Kết quả đánh giá độ ổn định ngắn hạn RM-EC 23

Bảng 3.10 Độ không đảm bảo dung dịch chuẩn EC chuẩn bị theo quy trình 23

Bảng 3.11 Giá trị pH của dung dịch CRM và sai số tuyệt đối (EA) 23

Bảng 3.12 Kết quả đánh giá độ lặp lại của phương pháp đo pH 23

Bảng 3.13 Kết quả đánh giá ảnh hưởng của độ tinh khiết đến giá trị pHchuẩn bị theo quy trình: (a) pH 4, (b) pH 7, (c) pH 10 23

Bảng 3.14 Kết quả tính pKa thực nghiệm pH 7 23

Bảng 3.15 Kết quả tính pKa thực nghiệm pH 10 23

Bảng 3.16 Kết quả thử nghiệm nhuộm màu RM-pH 4 và 10 23

Bảng 3.17 Giá trị pH của dung dịch đệm được chuẩn bị theo quy trình 23

Bảng 3.18 Kết quả so sánh liên phòng pH 23

Bảng 3.19 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị pH 23

Bảng 3.20 Tính đồng nhất của dung dịch RM-pH 23

Bảng 3.21 Độ ổn định ngắn hạn RM-pH 23

Bảng 3.22 Độ ổn định dài hạn RM-pH: (a) pH 4; (b) pH 7; (c) pH 10 23

viii

Bảng 3.23 Độ không đảm bảo dung dịch chuẩn pH đượcchuẩn bị theo quy trình 23

Bảng 3.24 Kết quả đánh giá độ chính xác của phương pháp đo Tub 23

Bảng 3.25 Kết quả đánh giá tính đồng nhất của dung dịch RM-Tub 23

Bảng 3.26 Kết quả đánh giá độ ổn định dài hạn RM-Tub (25  5) oC 23

Bảng 3.27 Kết quả đánh giá độ ổn định dài hạn RM-Tub (0  5) oC 23

Bảng 3.28 Độ không đảm bảo dung dịch RM-Tub đượcchuẩn bị theo quy trình 23

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Điện cực xác định giá trị pH của dung dịch chuẩn gốc 8

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của Harned cell [15] 9

Hình 1.3 Hệ thống phân cấp liên kết chuẩn trong phép đo pH [16, 51] 10

Hình 1.4 Hệ điện cực sử dụng nguồn AC xác định độ dẫn điện 11

Hình 1.5 Hệ thống phân cấp liên kết chuẩn trong phép đo độ dẫn điện [56] 12

Hình 1.6 Nguyên lý thiết bị quang phổ đo độ đục, đo cường độánh sáng tán xạ 90o 13

Hình 2.1 Phương trình tổng hợp formazin 23

Hình 3.1 Ảnh hưởng của khối lượng muối NaCl đến giá trị EC 23

Hình 3.2 Tính đồng nhất giá trị ấn định của dung dịch RM-EC được chuẩn bị theo quy trình: (a) EC 147 S/cm; (b) EC 1000 S/cm; (c) EC 10,00 mS/cm 23

Hình 3.3 Đánh giá sự ổn định của dung dịch RM-EC theo thời gian: 23

Hình 3.4 Mô hình ước lượng độ không đảm bảo dung dịch RM-EC 23

Hình 3.5 Tính đồng nhất của dung dịch RM-pHđược chuẩn bị theo quy trình: (a) pH 4; (b) pH 7; (c) pH 10 23

Hình 3.6 Đánh giá sự ổn định của dung dịch RM-pH theo thời gian: 23

Hình 3.7 Mô hình ước lượng độ không đảm bảo dung dịch RM-pH 23

Hình 3.8 Tính đồng nhất của giá trị ấn định dung dịch RM-Tubchuẩn bị theo quy trình 23

Hình 3.9 Mô hình ước lượng độ không đảm bảo dung dịch RM-Tub 23

x

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii

THUẬT NGỮ iv

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Giới thiệu chung về độ dẫn điện, pH và độ đục 3

1.1.1 Độ dẫn điện (EC) 3

1.1.2 pH 4

1.1.3 Độ đục 6

1.2 Phương pháp đo lường và liên kết chuẩn xác định pH, EC, Tub 7

1.2.1 Phương pháp đo pH sử dụng pin Harned 7

1.2.2 Phép đo EC dùng hệ điện cực xoay chiều (AC) 10

1.2.3 Phương pháp trắc quang xác định Tub 12

1.3 Tình hình nghiên cứu pha chế dung dịch chuẩn EC, pH, Tub 13

1.3.1 Pha chế dung dịch chuẩn EC 14

1.3.2 Pha chế dung dịch chuẩn pH 15

1.3.3 Pha chế dung dịch chuẩn độ đục 18

1.4 Ước lượng độ không đảm bảo đo 19

CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM 23

2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 23

2.1.1 Hóa chất 23

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 23

2.2 Nội dung nghiên cứu 23

2.3 Phương pháp nghiên cứu 23

2.3.1 Phương pháp pha chế các dung dịch chuẩn 23

2.3.2 Phương pháp đo giá trị EC, pH, Tub 23

2.3.3 Phương pháp đánh giá kết quả đo 23

2.3.4 Ước lượng độ không đảm bảo 23

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

3.1 Nghiên cứu chuẩn bị dung dịch chuẩn độ dẫn điện (EC) 23

3.1.1 Đánh giá độ chính xác của phương pháp đo EC 23

3.1.2 Đánh giá ảnh hưởng của độ tinh khiết hóa chất đến giá trị EC 23

3.1.3 Đánh giá các thông số của dung dịch chuẩn EC tự pha 23

3.1.4 Ước lượng độ không đảm bảo dung dịch chuẩn EC 23

3.2 Nghiên cứu chuẩn bị dung dịch chuẩn pH (4, 7, 10) 23

3.2.1 Đánh giá độ chính xác của phương pháp đo pH 23

3.2.1.1 Độ đúng của phương pháp đo pH 23

3.2.1.2 Độ chụm lặp lại của phương pháp đo pH 23

3.2.2 Ảnh hưởng của độ tinh khiết hóa chất đến giá trị pH 23

3.2.3 Đánh giá các thông số của dung dịch chuẩn pH tự pha 23

3.2.4 Ước lượng độ không đảm bảo dung dịch RM-pH 23

3.3 Nghiên cứu chuẩn bị dung dịch chuẩn độ đục (Tub) 23

3.3.1 Đánh giá độ chính xác của phương pháp đo Tub 23

3.3.2 Đánh giá các thông số của dung dịch chuẩn Tub tự pha 23

3.3.3 Ước lượng độ không đảm bảo dung dịch RM-Tub 23

xii

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 PHỤ LỤC 29

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Công tác đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC) trong quan trắc, giám sát môi trường nước tại Việt Nam hiện nay đang là vấn đề được đặt lên hàng đầu khi các chương trình quan trắc lưu vực sông, các nguồn nước thải, nước mặt đang ngày càng mở rộng về quy mô và mức độ quan trọng Số liệu ngày càng nhiều và độ tin cậy của số liệu cũng ngày càng được quan tâm

Hiện nay có rất nhiều đơn vị, tổ chức tham gia thực hiện quan trắc môi trường với mục đích theo dõi có hệ thống các thành phần môi trường và các tác động xấu đối với môi trường Tuy nhiên, đôi khi kết quả quan trắc chưa phản ánh sát thực tế hiện trạng môi trường Sự sai lệch này do nhiều nguyên nhân khác nhau như nhân lực, trang thiết bị hay sai số theo thời gian của phương tiện đo

Phương tiện đo (PTĐ) hay thiết bị đo trong quan trắc môi trường là phương tiện kỹ thuật để thực hiện phép đo nhằm đánh giá chất lượng môi trường, thanh tra, kiểm tra, giám định tư pháp các yếu tố tác động lên môi trường Để giảm thiểu các yếu tố do con người có thể đào tạo nâng cao kỹ năng, giảm thiểu sai số do cấp chính xác của thiết bị có thể đầu tư trang thiết bị tiên tiến Nhưng để giảm thiểu được sai

số của thiết bị theo thời gian thì việc quan trọng là các thiết bị này phải được thường xuyên, định kỳ kiểm tra, bảo dưỡng, chuẩn công tác, kiểm định và hiệu chuẩn để khẳng định được thiết bị đó đang được hoạt động trong điều kiện tốt và sai số nằm trong khoảng cho phép Trong các hoạt động này luôn cần chất chuẩn nói chung và dung dịch chuẩn nói riêng để thực hiện các thao tác kỹ thuật theo đúng quy trình Căn cứ theo Thông tư 21/2012/TT-BTNMT ngày 19 tháng 12 năm 2012 quy định về đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường thì khi thực hiện quan trắc tại hiện trường cũng như phân tích trong phòng thí nghiệm đều phải sử dụng các mẫu QC để kiểm soát chất lượng Tuy nhiên, việc cung cấp mẫu QC phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng nhập ngoại vì trong nước chưa có đơn vị nào sản xuất và pha chế mẫu QC

Bên cạnh đó, theo Thông tư 23/2013/TT-BKHCN của Bộ Khoa học và Công nghệ ngày 26 tháng 9 năm 2014 quy định về đo lường đối với phương tiện đo nhóm

2 thì các thiết bị đo nhanh môi trường nước (pH, EC, độ đục, TDS, DO) thuộc danh

2

mục phương tiện đo nhóm 2 phải thực hiện kiểm định theo quy định của cơ quan quản lý nhà nước về đo lường Ngoài ra, theo hệ thống quản lý ISO/IEC 17025 thì các thiết bị này cần phải hiệu chuẩn để đảm bảo chất lượng và công bố độ không đảm bảo đo của thiết bị Như vậy, để thực hiện việc kiểm định, hiệu chuẩn thì cũng cần phải sử dụng chất chuẩn được chứng nhận

Đới với việc sản xuất và cung cấp chất chuẩn thì hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều tổ chức, doanh nghiệp, cá nhân xây dựng và thương mại hoá trên thị trường các loại chất chuẩn (CRM, RM, QC) như Viện Đo lường Quốc Gia (Mỹ, Úc, Nhật, Thái Lan…) hay Công ty pha chế chất chuẩn (ERA, Aurical…) hay Công ty Pha chế thiết bị (Hach, WTW, Horiba, Thermo…) Tuy nhiên, mỗi đơn vị sản xuất pha chế chất chuẩn có những bí quyết, công thức pha chế chất chuẩn riêng biệt và

có các yêu cầu nhằm đảm bảo chất lượng của chất chuẩn Do đó, các nhà sản xuất chất chuẩn không phải chỉ cần cung cấp thông tin về chất chuẩn dưới hình thức báo cáo, giấy chứng nhận và các công bố mà còn phải thể hiện năng lực trong việc sản xuất chất chuẩn có chất lượng phù hợp

Trên thế giới đã làm được từ lâu với độ chính xác cao hơn, nhưng quy trình pha chế, chứng nhận chuẩn và giá thành rất cao, chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng và điều kiện thực tế tại Việt Nam Trong nhiều năm qua, các phòng thí nghiệm môi trường, các tổ chức kiểm định/ hiệu chuẩn thường sử dụng các chất chuẩn được chứng nhận (CRM) của các quốc gia khác nhau trên thế giới

Việc pha chế các chất chuẩn trong nước để thay thế các chất chuẩn nhập ngoại sẽ mang lại tính kinh tế cao và đáp ứng kịp thời cho công tác nghiên cứu vật

liệu mới Do vậy, đề tài “Nghiên cứu pha chế chất chuẩn phục vụ kiểm định, hiệu

chuẩn các thiết bị quan trắc môi trường nước tại hiện trường” đã được lựa chọn

để thực hiện

Mục tiêu của đề tài

- Xây dựng 03 quy trình pha chế dung dịch chuẩn độ dẫn điện (EC), pH và

độ đục (Tub) sử dụng trong hoạt động kiểm định, hiệu chuẩn phương tiện đo nước

- Pha chếthử nghiệm 01 quy trình đã xây dựng bộ dung dịch chuẩn pH (4; 7; 10) với độ chính xác ± 0,02 pH (hoặc độ không đảm bảo đo 0,02 pH) và chứng nhận bởi các đơn vị đủ năng lực Bước đầu thử nghiệm đối với dung dịch chuẩn độ dẫn điện (EC) và độ đục (Tub)

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu chung về độ dẫn điện, pH và độ đục

1.1.1 Độ dẫn điện (EC)

Độ dẫn điện của chất lỏng là khả năng của môi trường cho phép sự di chuyển của các hạt điện tích qua nó khi có lực tác động vào các hạt như lực tĩnh điện của điện trường Sự di chuyển này tạo thành dòng điện và cơ chế của chuyển động này tùy thuộc vào vật chất, như bản chất của các ion và bản chất của dung môi (như hằng số điện môi và độ nhớt) Độ dẫn điện của nước là kết quả của sự dịch chuyển ion của các muối hòa tan trong nước, phụ thuộc vào nồng độ, điện tích và kích thước của ion [53]

Phép đo điện trở của dung dịch R (), trong mộtđiện cực đo độ dẫn, được sử dụng để xác định độ dẫn điện của một dung dịch, Ƙ (S/cm).R tỉ lệ thuận với chiều dài 𝑙 (cm) giữa điện cực và tỉ nghịch với diện tích mặt cắt, A (cm2):

4

Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự có mặt của các ion trong nước Các ion này thường là muối của kim loại như NaCl, KCl, SO42-, NO3-, PO43- v.v…Tác động ô nhiễm của nước có độ dẫn điện cao thường liên quan đến độc tính của các ion tan trong nước Độ dẫn điện EC là một trong những chỉ tiêu kiểm tra độ mặn của nước, đánh giá hàm lượng các ion trong dung dịch, đánh giá chất lượng nước ngầm, nước sinh hoạt, nước cất, nước cho nông nghiệp, công nghiệp, thủy lợi và độ tinh khiết của nước Ngoài ra độ dẫn điện còn được sử dụng để giám sát hàm lượng các ion trong dung dịch như nước trái cây, nước giải khát,được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dược phẩm và chăm sóc sức khỏe [21]

Độ dẫn điện của nước còn tượng trưng cho tổng lượng chất rắn hòa tan trong nước Trong dung dịch loãng hoặc đối với nước mặt, mối quan hệ giữa TDS và EC

có thể xác định qua phương trình TDS (ppm) = 0,64.EC (S/cm) = 640.EC (dS/m) Tuy nhiên, khi TDS trong nước đạt đến một mức độ nhất định, độ dẫn điện không trực tiếp liên quan đến TDS nữa Nguyên nhân là bởi các cặp ion kết đôi được hình thành, các cặp ion này làm yếu đi sự chuyển động của các ion khác, do đó, khi vượt quá một mức độ cho phép so sánh, TDS trong nước sẽ không còn tỉ lệ với độ dẫn điện nữa Đó cũng là nguyên nhân mối quan hệ trên không áp dụng đối với nước thải

Độ dẫn điện của nước phụ thuộc và tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ nước Thông thường độ dẫn điện được đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn là 25oC Nước tinh khiết không phải là một chất dẫn điện tốt Bởi vì dòng điện được tạo ra bởi sự chuyển động của các dòng ion trong dung dịch, độ dẫn điện tăng lên khi nồng độ của các ion tăng lên

Độ dẫn điện đặc trưng của một số loại nước; nước tinh khiết 5,5.10-6 S/m; nước uống thông thường (0,005 – 0,05) S/m; nước biển 5 S/m

1.1.2 pH

Độ pH thể hiện tính axit của các dung dịch cụ thể, ban đầu được xác định bởi nhà hóa sinh học người Đan Mạch Sørensen vào năm 1909 về nồng độ của các ion

hiđro Sau đó pH được định nghĩa dựa trên nhiệt động lực học về hoạt độ của ion hiđro trong dung dịch [15]

pH = - log αH+= - log( mH+ γH+/mo) (1.5)

trong đó α là hoạt độ, γ là hệ số hoạt độ của ion H+ tại mlà nồng độ molan (mol/kg dung môi), và mo là nồng độ molan chuẩn: 1mol.kg-1 Vì pH được định nghĩa theo một đại lượng không thể đo một cách độc lập nên công thức trên chỉ được coi là một định nghĩa về khái niệm

Về lý thuyết, nước có pH = 7 là trung tính, pH > 7 mang tính kiềm Độ pH phụ thuộc vào: Quá trình hô hấp của thủy sinh vật, quá trình phân hủy của các hợp chất hữu cơ phóng thích CO2 làm giảm pH nhưng không làm thay đổi độ kiềm

CO2 từ khí quyển làm giảm pH nếu dung dịch có pH > 4 Do đó, các dung dịch đệm pH 10 kém bền khi tiếp xúc với không khí Muốn nước cất không có CO2,

có thể đun nóng Nước cất không chứa CO2 có pH > 6 và EC < 2/cm Ngoài ra, pH còn phụ thuộc nhiệt độ, sự hoạt động của vi sinh vật và tác động của con người

Độ pH là một trong những nhân tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn trực tiếp

và gián tiếp đối với đời sống thủy sinh vật như: sinh trưởng, sinh sản và dinh dưỡng pH thích hợp cho hầu hết các động vật bằng 7 Do đó, khi pH môi trường quá cao hay quá thấp đều không thuận lợi cho quá trình phát triển của thủy sinh vật Tác động chủ yếu của pH khi quá cao hay quá thấp là làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào làm rối loạn quá trình trao đổi muối – nước giữa cơ thể và môi trường ngoài Do đó, pH là nhân tố quyết định giới hạn phân bố của các loài thủy sinh vật

Kiểm tra độ pH của nguồn nước để đánh giá khả năng ăn mòn kim loại đối với đường ống, các vật liệu chứa nước; đánh giá nguy cơ các kim loại có thể hòa tan vào nguồn nước như chì, đồng, sắt, cadmium, kẽm…có trong các vật liệu chứa, trong đường ống, tiên liệu những tác động tới độ chính xác khi sử dụng các biện pháp xử lý nguồn nước Các quy trình xử lý, thiết bị xử lý thường được thiết kế dựa

6

trên pH giả định là trung tính Do đó, người ta thường phải điều chỉnh pH trước khi

xử lý nước

pH ảnh hưởng đến vị của nước Bằng chứng dễ thấy nhất liên quan giữa độ

pH và sức khỏe của người sử dụng là nó làm hỏng men răng, hệ men tiêu hóa pH của nước có liên quan đến tính ăn mòn thiết bị, đường ống dẫn nước và dụng cụ chứa nước Đặc biệt, trong môi trường pH thấp, khả năng khử trùng của Clo sẽ mạnh hơn Tuy nhiên, khi pH > 8,5 nếu trong nước có hợp chất hữu cơ thì việc khử trùng bằng Clo dễ tạo thành hợp chất trihalometan gây ung thư Độ pH còn ảnh hưởng đến cân bằng chuyển dịch giữa các kí độc NH3, H2S (dạng phân tử) và ion của chúng (NH4+, HS-, S2-) Môi trường quá kiềm gây bất lợi vì dạng NH3 chiếm đa

số so với dạng NH4+ Ngược lại môi trường quá axit cũng gây bất lợi dạng H2S chiếm đa số [21]

1.1.3 Độ đục

Độ đục của nước là một biểu hiện của các tính chất quang học làm cho ánh sáng bị tán xạ hay hấp thụ bởi các hạt và các phân tử Độ đục là một thước đo tương đối ánh sáng bị tán xạ và hấp thụ bởi phù sa lơ lửng, chất hữu cơ hòa tan và ở mức

độ thấp hơn do các sinh vật phù du và vi sinh vật Đơn vị độ đục thường là mg SiO2/l, NTU, FTU (đơn vị NTU và FTU tương đương nhau) [29, 30, 31]

Độ đục gây ra do các chất không tan trong dung dịch, nguồn gốc do phân hủy thực vật, xói mòn, nước thải Ở những thủy vực khác nhau, nguyên nhân gây ra

độ đục khác nhau Ở sông, nguyên nhân gây độ đục là do sự có mặt của các chất lơ lửng, các chất keo có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ Do đó độ đục thay đổi theo mùa

rõ rệt: mùa mưa, nước mưa chảy vào sông cuốn theo các tạp chất trên bề mặt đất nên độ đục của nước sông cao (thường thấy sau trận mưa lớn) và độ đục giảm dần theo mùa khô Trong khi đó trong ao, ngoài các nguyên nhân gây ra độ đục như ở sông còn do sự phát triển của các vi tảo [50]

Độ đục cao thì lượng ánh sáng xâm nhập vào thủy vực ít gây ảnh hưởng: giảm cường độ quang hợp của các thực vật phù du, gây hạn chế phát triển tảo và

thực vật, giảm khả năng tìm thức ăn của cá Ngược lại, khi độ trong quá cao, nước nghèo dinh dưỡng, sinh vật phù du phát triển kém, hạn chế thành phần thức ăn tự nhiên của cá dẫn đến năng suất nuôi giảm Độ đục cao trong nước uống ảnh hưởng đến sức khỏe của con người bởi độ đục có thể cung cấp thức ăn và là nơi trú ẩn của các mầm bệnh về tiêu hoá, làm cho quá trình khử trùng nước kém hiệu quả, có thể gây tắc nghẽn màng trong quá trình lọc nước hay ảnh hưởng đến chất lượng rượu Bởi vậy cùng với màu sắc và mùi vị, đây là chỉ tiêu ảnh hưởng cảm quan thường được quan tâm đối với nước máy, nước đóng chai [21]

1.2 Phương pháp đo lường và liên kết chuẩn xác định pH, EC, Tub

1.2.1 Phương pháp đo pH sử dụng pin Harned

pH của dung dịch chuẩn gốc được xác định bằngphương pháp cơ sở, đảm bảo tính liên kết đầy đủ các kết quả của tất cả các phép đo và độ không đảm bảo của chúng Các giá trị pH tính theo lí thuyết hoặc xác định bằng thực nghiệm phải được báo cáo kèm độ không đảm bảo đo của phương pháp Hóa chất để pha dung dịch chuẩn gốc pH phải đáp ứng các yêu cầu thích hợp đối với mẫu chuẩn, bao gồm độ tinh khiết và ổn định hóa học, có thể áp dụng qui ước Bates-Guggenheim cho ước lượng -log(Cl-) Qui ước này đòi hỏi cường độ ion  0,1 mol.kg-1

Quy trình xác định pH của dung dịch chuẩn gốc dựa trên sự khác nhau về thế của hệ điện hóa, gồm một dung dịch đệm, một điện cực khí Pt| hiđro và một điện cực so sánh Ag| AgCl thường được gọi là pin điện hóa Harned “Harned cell” [15,

16, 51] Sơ đồ tổng quát của pin được minh họa trong hình 1.1

Pt | H2 | đệm S, Cl- | AgCl | Ag

Phương trình phản ứng: ½ H2 +AgCl  Ag(s) + H++ Cl- (1.7)

Thế của điện cực: E = Eo – [(RT/F)ln10] lg[(mHH/mo)(mClCl/mo)] (1.8)